新的GaN晶体管将Si门驱动器相结合在同一包装中

最近几年，氮化镓（GaN）功率晶体管在电力电子行业中获得了普及。随着对GaN晶体管的需求生长，工程师一直在寻找具有GaN晶体管的SI MOSFET易于替代的方法，以简化集成。

GaN晶体管布局。图片使用的礼貌麻省理工学院能源倡议

不幸的是，这已经提出了严重的挑战。在某些情况下，初步尝试创建替换的替代替换导致无显着的性能改善甚至降级。

研究人员将这一点归因于GaN电源设备需要不同的栅极驱动技术，并且没有正常驱动以充分利用它们的真实性能。因此，GaN门驱动程序的发展是研究人员和设计工程师的兴趣领域。

氮化镓晶体管：概述

要了解原因GaN晶体管需要独特的驾驶技术，我们必须首先讨论设备特征。

GaN晶体管利用氮化镓作为衬底而与常规晶体管中的硅相对。GaN的一个重要特征是它与硅相比提供了极高的电子迁移率，使其具有高临界电场。

由于其较高的电子迁移率，GaN装置的尺寸较小，用于给定导通电阻（或相同尺寸的较小导通电阻）并且具有高击穿电压。

GaN与SI晶体管。使用的图像礼貌EPC.

较高的电子迁移率和较小的尺寸也使GaN晶体管明显比传统MOSFET更快。GaN晶体管由于硅对应物而导致的导通电阻和栅极电荷QG提供了更低的优点。

最后，GaN晶体管不会遭受强的负温度系数，如MOSFET。

所有这些功能都结合起来为GaN FetS创建独特的驱动要求。值得注意的是，大多数GaN设备都是本质上耗尽模式的设备，这意味着他们的频道在呈现出正面的VSG之前。

驾驶甘粉丝

对于作为标准拓扑的Cascode（半桥）GaN配置，栅极驱动器可以类似于电源BJT或MOSFET的栅极驱动器。然而，挑战是需要高频能力（大约几十MHz的数量）。在给定水平的栅极驱动功率损耗中，GaN转换器由于GaN中的较小输入电容较小，因此由于较小的输入电容超过100倍，可以切换十倍。

如今，大多数GaN驱动器IC都是独立的组件，为离散功率晶体管提供驱动器。这不幸的是，这是一种低效的方法，因为设计人员必须弄清楚正确使用IC以有效地驱动GaN晶体管的方法。此外，任何时间信号继续，它都会引入寄生损失和减少响应时间。

St将GaN晶体管与驱动器IC组合

本周，STMicroelectronics发布了一个希望的产品缓解与离散晶体管和驱动器IC相关的问题。

Mastergan1。使用的图像礼貌STMicroelectronics.

ST的最新产品称为Mastergan，是基于硅的半桥600 V栅极驱动器IC，同一芯片上的一对GaN晶体管。MasterGan1包含两个增强模式晶体管，10个最大电流额定值，并且导通电阻150mΩ（r_DS（开））。

Mastergan1的框图。使用的图像礼貌STMicroelectronics.

逻辑输入与3.3 V至15 V的信号兼容，系统还提供低侧和高端UVLO保护，互锁，专用关断销和过温保护。

设计师的简化选项

将这些组件集成到同一IC上可能导致更简单的设计，较小的占用件，更容易的装配和增加的可靠性（因为有些组件）。

St表示希望其新产品将“对智能手机超快速充电器和无线充电器进行差异，用于PC和游戏的USB-PD紧凑适配器，以及太阳能存储系统，不间断电源等的工业应用，或者高端OLED TVS和服务器云。“